{"id":24039,"date":"2017-09-15T06:00:02","date_gmt":"2017-09-15T04:00:02","guid":{"rendered":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/15\/sternengeschichten-folge-251-lichtgeschwindigkeit\/"},"modified":"2025-05-14T16:34:38","modified_gmt":"2025-05-14T14:34:38","slug":"sternengeschichten-folge-251-lichtgeschwindigkeit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/2017\/09\/15\/sternengeschichten-folge-251-lichtgeschwindigkeit\/","title":{"rendered":"Sternengeschichten Folge 251: Lichtgeschwindigkeit"},"content":{"rendered":"

\"SG_Logo\"<\/a>Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts<\/a>. Die Folge gibt es auch als MP3-Download<\/a> und YouTube-Video<\/a>.<\/i><\/p>\n

Mehr Informationen: [Podcast-Feed<\/a>][iTunes<\/a>][Bitlove<\/a>][Facebook<\/a>] [Twitter<\/a>][Sternengeschichten-App<\/a>]<\/i><\/b>
\n\u00dcber Bewertungen und Kommentare freue ich mich auf allen Kan\u00e4len.<\/span>
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\nSternengeschichten Folge 251: Lichtgeschwindigkeit<\/b><\/p>\n

In so gut wie jeder Folge der Sternengeschichten erw\u00e4hne ich irgendwann mal die Lichtgeschwindigkeit. Kein Wunder, denn die Astronomie ist ja darauf angewiesen das Licht der fernen Himmelsk\u00f6rper zu beobachten, zu analysieren und nur daraus so viel Informationen wie nur irgendwie wie m\u00f6glich abzuleiten. Da spielt es nat\u00fcrlich auch eine Rolle wie lange dieses Licht und die in ihm enthaltene Information braucht bis es bei uns ankommt. Die Lichtgeschwindigkeit ist dar\u00fcber hinaus aber auch im Rest der Physik – eigentlich in der gesamten Naturwissenschaft – von absolut fundamentaler Bedeutung. Es lohnt sich daher, einmal ausf\u00fchrlich dar\u00fcber zu reden.<\/p>\n

Die Lichtgeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit mit der sich das Licht bewegt. Klingt simpel. Aber es gibt noch sehr viel mehr, was man dazu sagen kann. Und sagen muss, wenn man die ganze Angelegenheit vern\u00fcnftig verstehen will. Ich habe in Folge 163 der Sternengeschichten schon ausf\u00fchrlich erkl\u00e4rt, wie man in der vergangenen Jahrhunderten probiert hat diese Geschwindigkeit m\u00f6glichst exakt zu messen. Beziehungsweise wie man erst einmal auf die Idee kommen musste, das Licht \u00fcberhaupt eine Geschwindigkeit hat. Viele Forscher waren fr\u00fcher ja auch \u00fcberzeugt, dass es sich unendlich schnell ausbreitet. Mittlerweile kennen wir aber die Geschwindigkeit und wir kennen sie sogar exakt. Sie muss nicht mehr gemessen werden; sie folgt direkt aus den fundamentalen Definitionen der Zeit- und L\u00e4ngeneinheiten die in den letzten Jahrzehnten eingef\u00fchrt worden sind. Und demnach ist Licht exakt 299.792,458 Kilometer pro Sekunde schnell.<\/p>\n

\"Dem<\/a>
Dem Licht kann man nicht davon laufen! (Bild: gemeinfrei<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Und da sind wir schon beim ersten Punkt. Denn diese Zahl beschreibt eigentlich nur die sogenannte Vakuumlichtgeschwindigkeit. Also die Geschwindigkeit die das Licht hat, wenn es sich durch den leeren Raum bewegt. Tut Licht das nicht sondern bewegt sich durch irgendein anderes Medium, dann ist es langsamer. Bewegt sich das Licht beispielsweise durch Luft, dann ist es „nur“ noch ungef\u00e4hr 299.705 Kilometer pro Sekunde schnell. Im Wasser kann es sich mit circa 225.000 Kilometer pro Sekunde ausbreiten; in Glas mit etwa 160.000 Kilometer pro Sekunde.<\/p>\n

Das hat wichtige Auswirkungen, auch und vor allem f\u00fcr die Astronomie. Denn wenn Licht sich von einem Medium in ein anderes bewegt, dann muss es seine Geschwindigkeit ver\u00e4ndern. Es wird schneller oder langsamer und das bedeutet, das es seine Richtung ein wenig ver\u00e4ndert. Wer m\u00f6chte kann das leicht bei einem simplen Experiment zuhause ausprobieren. Man braucht dazu nur einen Laserpointer und durchsichtiges Gef\u00e4\u00df mit Wasser. Wenn man den Laserstrahl auf das Wasser richtet dann wird man sehen, dass er die Richtung \u00e4ndert sobald er die Wasseroberfl\u00e4che durchdringt. <\/p>\n

Das aber passiert nicht nur mit einem Laserpointer sondern mit allen Lichtstrahlen. Dieses Ph\u00e4nomen nennt sich Lichtbrechung<\/i> und ist eine fundamentale Eigenschaft wenn man sich mit der Optik besch\u00e4ftigen will. Die Linsen aus Glas oder Plastik die wir f\u00fcr Brillen oder Teleskope benutzen funktionieren nur deswegen, weil das Licht gebrochen wird wenn es auf sie trifft. Nur so kann Licht gesammelt, geb\u00fcndelt und so weiter werden und nur so k\u00f6nnen Brillen daf\u00fcr sorgen das wir besser sehen oder sind Teleskope in der Lage uns ferne Sterne und Galaxien zu zeigen.<\/p>\n

Die Lichtbrechung macht den Astronomen die Arbeit aber auch schwer. Das Licht wird ja auch gebrochen wenn es aus dem Vakuum des Alls in die Lufth\u00fclle der Erde eindringt. Wie es dabei genau gebrochen wird h\u00e4ngt von den Eigenschaften der Luft ab. Ihrer Temperatur, dem Luftdruck, und so weiter. Man k\u00f6nnte sich einen riesigen Stapel verschiedener optischen Linsen vorstellen die vom Erdboden bis zum Himmel reichen und die das Sternenlicht auf seinem Weg zu uns alle durchqueren muss. \u00dcberall wird es ein klein wenig abgelenkt und \u00fcberall auf eine leicht unterschiedliche Weise. Und weil die Luft der Atmosph\u00e4re st\u00e4ndig in Bewegung ist, w\u00fcrden auch all diese fiktiven Linsen st\u00e4ndig durcheinander wirbeln. Das Resultat ist dann kein klares und scharfes Bild des Sterns den wir beobachten, sondern ein unscharfes, flackerndes verschmiertes Objekt. Wenn wir in einer klaren Nicht die Sterne am Himmel flackern und blinken sehen, dann liegt das daran, dass das Licht auf seinem Weg zu uns st\u00e4ndig die Geschwindigkeit \u00e4ndert.<\/p>\n

In Folge 106 der Sternengeschichten habe ich erkl\u00e4rt wie die Astronomen dieses Problem mit der sogenannten „adaptiven Optik“ in den Griff bekommen haben. In anderen Bereichen haben sich Wissenschaftler ebenfalls mit der Lichtbrechung besch\u00e4ftigt und dabei interessante Dinge heraus gefunden. Was f\u00fcr die Luft gilt, gilt f\u00fcr das Wasser nat\u00fcrlich genau so. Licht wird langsamer, wenn es aus der Luft ins Wasser eindringt. Und auch hier h\u00e4ngt es von den Eigenschaften des Wassers ab; von seiner Temperatur und den Stoffen die darin gel\u00f6st sind. <\/p>\n

Wer sich mit der Produktion von Wein besch\u00e4ftigt, hat zum Beispiel sicher schon mal den Begriff „Grad Oechsle“ geh\u00f6rt. Dabei geht es nicht um kleine Ochsen, sondern um eine Ma\u00dfeinheit die nach dem deutschen Mechaniker Ferdinand Oechsle benannt ist und bei Traubensaft das sogenannte „Mostgewicht“ misst. Dabei handelt es sich um ein Ma\u00df f\u00fcr die Menge der Stoffe die im Traubensaft gel\u00f6st sind und das ist vor allem Zucker. Und die Qualit\u00e4t des Weins der aus dem vergorenen Traubensaft entsteht h\u00e4ngt ganz stark von dieser Zuckermenge ab – es ist also verst\u00e4ndlich das Weinbauern sehr genau dar\u00fcber Bescheid wissen wollen. Dazu benutzen sie ein Refraktometer, also ein Ger\u00e4t mit dem sie messen k\u00f6nnen wie stark das Licht beim Durchgang durch den Traubenmost abgelenkt wird. Und das h\u00e4ngt direkt mit der Menge am im Saft gel\u00f6sten Zucker zusammen. <\/p>\n

Zu messen beziehungsweise zu beeinflusse wie sich die Geschwindigkeit des Lichts in verschiedenen Medien ver\u00e4ndert hat unz\u00e4hlige technische Anwendungen. Aus der Tatsache dass das Licht je nach Medium seine Geschwindigkeit ver\u00e4ndern kann, folgen aber noch ein paar andere interessante Ph\u00e4nomene.<\/p>\n

Albert Einstein hat ja in seiner speziellen Relativit\u00e4tstheorie aus dem Jahr 1905 festgestellt, dass die Lichtgeschwindigkeit die absolute Obergrenze f\u00fcr die Bewegung durch den Raum ist. Nichts kann sich schneller als das Licht bewegen. Aber auch hier ist eigentlich die Vakuumlichtgeschwindigkeit gemeint. Also: Nichts kann sich schneller als mit 299.792,458 Kilometer pro Sekunde durch den Raum bewegen. Wenn es nicht um das Vakuum geht sondern ein anderes Medium, dann kann man das Licht durchaus \u00fcberholen. Und das kann man sogar beobachten! In Kernkraftwerken werden zum Beispiel Brennelemente oft in mit Wasser gef\u00fcllten Ausklingbecken gelagert. Durch die Radioaktivit\u00e4t geben diese Brennelemente unter anderem Elektronen ab, die sich sehr schnell bewegen. Die Elektronen sind elektrisch geladen; das Wasser durch das sie sich bewegen nicht. Wenn sich nun diese geladenen Teilchen durch das Wasser bewegen, dann geben sie dabei elektromagnetische Wellen ab. Normalerweise l\u00f6schen sich die Wellen der verschiedenen Teilchen gegenseitig aus und man kriegt davon nichts mit. In diesem Fall bewegen sich die Elektronen im Wasser aber schneller als sich das Licht dort ausbreiten kann. Und Licht ist ja auch nichts anderes als elektromagnetische Strahlung. Die Elektronen sind also schneller als das Licht das sie abstrahlen und die Wellen k\u00f6nnen sich dann nicht mehr ausl\u00f6schen. Sie erzeugen ein bl\u00e4uliches Leuchten, die sogenannte „Tscherenkow-Strahlung“. Sie ist das optische Gegenst\u00fcck zu einem \u00dcberschnallknall der entsteht wenn sich irgendetwas schneller als der Schall bewegt.<\/p>\n

\"Das<\/a>
Das blaue Tscherenkow-Licht in einem Kernreaktor zeigt \u00fcberlichtschnelle Teilchen an (Bild: Pieckd, CC-BY-SA 3.0<\/a>)<\/figcaption><\/figure>\n

Man kann diese Tscherenkow-Strahlung aber nicht nur einfach beobachten; die Astronomen benutzen sie auch um mehr \u00fcber das Universum herauszufinden. Tscherenkow-Licht gibt es nicht nur in den Abklingbecken von Kernkraftwerken sondern auch wenn sich sehr schnelle Teilchen der kosmischen Strahlung aus dem Weltall in die Lufth\u00fclle der Erde bewegen. Im Vakuum des Alls sind diese Teilchen nat\u00fcrlich langsamer als das Licht unterwegs; kaum treffen sie auf die Atmosph\u00e4re der Erde sind sie aber pl\u00f6tzlich \u00fcberlichtschnell, da das Licht hier st\u00e4rker abgebremst wird als die Teilchen. Es gibt einen kurzen Tscherenkow-Blitz den man mit speziellen Teleskopen beobachten kann. Auch die Teilchenphysiker nutzen das Prinzip wenn sie nach Elementarteilchen wie den Neutrinos suchen und ich habe in Folge 103 der Sternengeschichten mehr davon erz\u00e4hlt.<\/p>\n

\u00dcberlichtgeschwindigkeit existiert also wirklich. Man kann sie beobachten und man kann die daraus resultierenden Ph\u00e4nomene nutzen. Aber es handelt sich eben immer nur um \u00dcberlichtgeschwindigkeit au\u00dferhalb des Vakuums. Die 299.792,458 Kilometer pro Sekunde mit denen sich das Licht im Vakuum ausbreitet bleiben weiterhin die absolute Obergrenze f\u00fcr jede Bewegung durch den Raum. Warum das so ist und warum wir uns von den Science-Fiction-Filmen mit ihren \u00fcberlichtschnellen Raumschiffen keine allzugro\u00dfe Hoffnung f\u00fcr schnelles Reisen durchs Universum machen sollten: Das erfahrt ihr in der n\u00e4chsten Folge der Sternengeschichten.\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video. Mehr Informationen: [Podcast-Feed][iTunes][Bitlove][Facebook] [Twitter][Sternengeschichten-App] \u00dcber Bewertungen und Kommentare freue ich mich auf allen Kan\u00e4len. ————————————————————————————— Sternengeschichten Folge 251: Lichtgeschwindigkeit In so gut wie jeder Folge der Sternengeschichten erw\u00e4hne ich irgendwann mal die Lichtgeschwindigkeit. Kein Wunder, denn die Astronomie […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":11822,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[11,767],"tags":[1916,18,2793,4001,4416,5057,6081,8997,9003,9009,10573,580,13136,195,13886,14850,14851,14919,172,15215,15725],"class_list":["post-24039","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-naturwissenschaften","category-sternengeschichten","tag-astrodicticum","tag-astronomie","tag-brechung","tag-dispersion","tag-elektromagnetische-welle","tag-ferdinand-oechsle","tag-grad-oechsle","tag-licht","tag-lichtbrechung","tag-lichtgeschwindigkeit","tag-neutrinoastronomie","tag-planeten","tag-seeing","tag-sterne","tag-sternengeschichten","tag-tscherenkow-astronomie","tag-tscherenkow-strahlung","tag-uberlichtgeschwindigkeit","tag-universum","tag-vakuumlichtgeschwindigkeit","tag-wein"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24039","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=24039"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24039\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":24041,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/24039\/revisions\/24041"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media\/11822"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=24039"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=24039"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/astrodicticum-simplex.ulrich.digital\/index.php\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=24039"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}